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按GB11557/ECE R12法规要求进行防止转向机构对驾驶员伤害的试验中，增加对安全气囊的点爆和匹配，在安全气囊展开最大时，实现人体躯干模块对转向机构的冲击，评判转向机构在此状态下的受力情况。
防止汽车转向机构
对驾驶员伤害的规定
作为汽车产品安全强制认证法规GB11557和ECE R12《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》中定义转向机构为：由转向操纵机构、转向柱、附件、转向轴、转向器外壳以及所有用以当转向盘受到碰撞时吸收能量的其他元件组成的整体。要求转向机构在与人体发生碰撞过程中吸收能量，以实现对人体胸肋部的保护。
如图一所示，人体模块以24.1km/h的速度水平撞击转向盘时，作用在转向机构上的水平力值不得大于11123N。其中的人体模块有特定的技术要求：
（1）结构尺寸方面的要求；
（2）质量为34.0 -36.3kg；
（3）变形刚度为105-140N/mm；
（4）质心距头顶551mm±6mm；
（5）通过质心绕横轴的转动惯量为226N·cm·s2±22N·cm·s2（23.0kgf·cm·s2±2.3kgf·cm·s2）。
试验准备及原理
（1）转向机构在车身上固定，转向轴角度即为实车安装角度。
（2）调整车身与试验平板之间的高度，确保座椅基准R点与人体模块之间的距离为19mm。
（3）通过氮气压力调节发射人体躯干模块，通过光电传感器信号获得人体模块发射速度。
（4）把三维力传感器安装在转向轴与转向盘之间，测得人体冲击转向机构的力值。
（5）法规试验未包含气囊展开相关内容。
（6）设定试验方案为在安全气囊展开最大时，实现人体躯干模块对转向机构的冲击。
图一
图二
安全气囊的点爆
在转向机构对驾驶员伤害的试验中，点爆气囊的信号必须由外部适时给予。在实际行车过程中安全气囊根据传感器不断将车速变化的信息输入到电子控制器，经电子控制单元计算、分析、比较和判断，随时准备发出指令。当汽车高速冲撞时，前方传感器，中央传感器和安全传感器同时向电子控制器输出冲撞信号，电子控制器使电雷管引爆，气囊展开。从发生冲撞、传感器发出信号到控制器判断引爆电雷管，一般需要10ms时间。引爆后，气体发生器产生大量氮气，迅速吹胀气囊。从发生冲撞到气囊形成，全过程所需时间为30-35ms。
点爆气囊的准备：
（1）从组合开关上把连接安全气囊的点火接线跳出，并将接线头与气囊背面的插座连接。
（2）安全气囊的点爆参数：提供≥2A的恒流源，保持2秒钟。点火两极间的电阻为2.15Ω±0.35Ω。
（3）设置安全气囊点爆试验装置（点爆控制器、光电传感器、恒流源）确保气囊只在试验输入点爆信号时打开。
气囊点爆的控制
要解决提供气囊爆炸触发信号的问题。通过光电信号经过气囊点爆控制电路来实现精确点爆控制。（图二是一个具有二级气囊点爆功能的电路）
（1）光电信号通过一个激光发射器和一个光电传感器（光电开关）组成。
（2）光电传感器为NPN型结构，棕端与电源正极连接，兰端与电源负极连接，黑端为光电传感器开关的输出端。常态时，光电传感器接收到激光发射器发出的红光后，光电传感器的兰端和黑端是断开的，此时正电源通过电阻R2到晶体三极管T1的b极，使晶体管三极管T1导通，晶体三极管T2为T1的反向器连接，当T1导通时T2即截止，继电器J1、J2处于释放状态。
（3）当人体模块飞过遮挡激光发射器光源时，光电传感器的兰端和黑端导通，使晶体三极管T1的b、e极之间的电压为0，T1截止，此时正电源通过电阻R3到晶体三极管T2的b极，使晶体管三极管T2导通，由于T2的导通使继电器J1线圈得电吸合，继电器J1为具有三组触点，此时利用一组常开触点控制了气囊点爆，另一组常开触点控制了摄像机的摄像，还有一组常开触点并联在电路中的晶体三极管T2的e、c极之间，使电路自锁，保持继电器J1线圈继续得电吸合。
（4）在电路中电容C1、可变电阻R5、电阻R6、晶体三极管T3和继电器J2组成了延时点爆控制电路，控制第二个气囊的点爆。在延时点爆控制电路中，电容C1、可变电阻R5组成了一个积分电路，通过改变可变电阻R5的阻值，改变电容C1的充电时间，达到第二个气囊延时点爆0-10ms的可调时间要求，延时点爆时间的调节刻度可通过示波器进行校准。
（5）电路中发光二极管LED1-LED3分别为电源指示、第一级点爆指示和第二级延时点爆指示，二极管D1和D2分别为继电器J1和J2的续流二极管，主要为释放继电器J1和J2线圈的反电势而设。
（6）高速摄影能自动设置截取触发前几毫秒的映像进行数据记录。
图三
气囊展开至最大程度时
与人体模块发生碰撞的匹配
在汽车发生前碰撞时，车内乘员在惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。当气囊引爆后，气体发生器产生氮气，迅速吹胀气囊。从发生冲撞到气囊形成，进而到安全带拉紧，全过程所需时间为30-35ms，而此时正是气囊与乘员相接触的时刻。当安全气囊尚未展开至最大时乘员即与气囊相碰，会由于气囊在爆炸过程中的冲力对乘员造成二次伤害；而当安全气囊从展开至最大程度过渡到泄气过程乘员与气囊相碰会由于气囊的瘪气，达不到吸收乘员的运动能量的作用。在气囊点爆的匹配过程中要获取以下参数并进行计算。
（1）当安全气囊被完全点爆时（即气囊展开至最大程度），定义带转向机构位置及安全气囊展开的尺寸（特别是水平尺寸）。
（2）安全气囊受到点爆信号，气囊展开至最大程度所用的精确时间。
（3）转向轴与水平面夹角A。
（4）根据以上参数作图三，计算得出气囊触发点的位置。
（5）根据气囊触发点位置精确设置光电传感器位置。
L：气囊触发点到与人体模块碰撞点间的距离＝气囊从点爆到展开到最大的时间×发射假人的初速度
L1：气囊触发点至方向盘中心的距离（设定值）L1=L+L2+L3
L2：1/2Cushsion Diameter*SinA
L3：1/2Cushsion Thickness*CosA
A：转向轴的角度
图四 触发气囊
图五 气囊展开至最大
试验过程照片
控制发射，人体模块即以设置的初速度25km/h飞出，光电开关时触发气囊点爆，安全气囊开始打开，当安全气囊展开至最大程度时，人体模块气囊相吻合，然后气囊在其冲击下开始泄气，转向轴与转向盘之间的压力传感器记录作用在作用力。见图四、图五。
试验结果图形
按照GB11557/ECE R12法规要求进行带有气囊展开的转向机构对驾驶员伤害试验，图六为试验合成水平力原始数据图形，试验结果表明气囊展开能有效减少躯干受力情况。
图六
结论
越来越多的转向机构对驾驶员伤害的试验，要求在气囊展开的情况下按GB11557/ECE R12法规来进行测试。在冲击的过程中，准确点爆和匹配气囊，并用高速摄影来还原试验场景，是实现试验的最有效途径。
防止汽车转向机构
对驾驶员伤害的规定
作为汽车产品安全强制认证法规GB11557和ECE R12《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》中定义转向机构为：由转向操纵机构、转向柱、附件、转向轴、转向器外壳以及所有用以当转向盘受到碰撞时吸收能量的其他元件组成的整体。要求转向机构在与人体发生碰撞过程中吸收能量，以实现对人体胸肋部的保护。
如图一所示，人体模块以24.1km/h的速度水平撞击转向盘时，作用在转向机构上的水平力值不得大于11123N。其中的人体模块有特定的技术要求：
（1）结构尺寸方面的要求；
（2）质量为34.0 -36.3kg；
（3）变形刚度为105-140N/mm；
（4）质心距头顶551mm±6mm；
（5）通过质心绕横轴的转动惯量为226N·cm·s2±22N·cm·s2（23.0kgf·cm·s2±2.3kgf·cm·s2）。
试验准备及原理
（1）转向机构在车身上固定，转向轴角度即为实车安装角度。
（2）调整车身与试验平板之间的高度，确保座椅基准R点与人体模块之间的距离为19mm。
（3）通过氮气压力调节发射人体躯干模块，通过光电传感器信号获得人体模块发射速度。
（4）把三维力传感器安装在转向轴与转向盘之间，测得人体冲击转向机构的力值。
（5）法规试验未包含气囊展开相关内容。
（6）设定试验方案为在安全气囊展开最大时，实现人体躯干模块对转向机构的冲击。
图一
图二
安全气囊的点爆
在转向机构对驾驶员伤害的试验中，点爆气囊的信号必须由外部适时给予。在实际行车过程中安全气囊根据传感器不断将车速变化的信息输入到电子控制器，经电子控制单元计算、分析、比较和判断，随时准备发出指令。当汽车高速冲撞时，前方传感器，中央传感器和安全传感器同时向电子控制器输出冲撞信号，电子控制器使电雷管引爆，气囊展开。从发生冲撞、传感器发出信号到控制器判断引爆电雷管，一般需要10ms时间。引爆后，气体发生器产生大量氮气，迅速吹胀气囊。从发生冲撞到气囊形成，全过程所需时间为30-35ms。
点爆气囊的准备：
（1）从组合开关上把连接安全气囊的点火接线跳出，并将接线头与气囊背面的插座连接。
（2）安全气囊的点爆参数：提供≥2A的恒流源，保持2秒钟。点火两极间的电阻为2.15Ω±0.35Ω。
（3）设置安全气囊点爆试验装置（点爆控制器、光电传感器、恒流源）确保气囊只在试验输入点爆信号时打开。
气囊点爆的控制
要解决提供气囊爆炸触发信号的问题。通过光电信号经过气囊点爆控制电路来实现精确点爆控制。（图二是一个具有二级气囊点爆功能的电路）
（1）光电信号通过一个激光发射器和一个光电传感器（光电开关）组成。
（2）光电传感器为NPN型结构，棕端与电源正极连接，兰端与电源负极连接，黑端为光电传感器开关的输出端。常态时，光电传感器接收到激光发射器发出的红光后，光电传感器的兰端和黑端是断开的，此时正电源通过电阻R2到晶体三极管T1的b极，使晶体管三极管T1导通，晶体三极管T2为T1的反向器连接，当T1导通时T2即截止，继电器J1、J2处于释放状态。
（3）当人体模块飞过遮挡激光发射器光源时，光电传感器的兰端和黑端导通，使晶体三极管T1的b、e极之间的电压为0，T1截止，此时正电源通过电阻R3到晶体三极管T2的b极，使晶体管三极管T2导通，由于T2的导通使继电器J1线圈得电吸合，继电器J1为具有三组触点，此时利用一组常开触点控制了气囊点爆，另一组常开触点控制了摄像机的摄像，还有一组常开触点并联在电路中的晶体三极管T2的e、c极之间，使电路自锁，保持继电器J1线圈继续得电吸合。
（4）在电路中电容C1、可变电阻R5、电阻R6、晶体三极管T3和继电器J2组成了延时点爆控制电路，控制第二个气囊的点爆。在延时点爆控制电路中，电容C1、可变电阻R5组成了一个积分电路，通过改变可变电阻R5的阻值，改变电容C1的充电时间，达到第二个气囊延时点爆0-10ms的可调时间要求，延时点爆时间的调节刻度可通过示波器进行校准。
（5）电路中发光二极管LED1-LED3分别为电源指示、第一级点爆指示和第二级延时点爆指示，二极管D1和D2分别为继电器J1和J2的续流二极管，主要为释放继电器J1和J2线圈的反电势而设。
（6）高速摄影能自动设置截取触发前几毫秒的映像进行数据记录。
图三
气囊展开至最大程度时
与人体模块发生碰撞的匹配
在汽车发生前碰撞时，车内乘员在惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。当气囊引爆后，气体发生器产生氮气，迅速吹胀气囊。从发生冲撞到气囊形成，进而到安全带拉紧，全过程所需时间为30-35ms，而此时正是气囊与乘员相接触的时刻。当安全气囊尚未展开至最大时乘员即与气囊相碰，会由于气囊在爆炸过程中的冲力对乘员造成二次伤害；而当安全气囊从展开至最大程度过渡到泄气过程乘员与气囊相碰会由于气囊的瘪气，达不到吸收乘员的运动能量的作用。在气囊点爆的匹配过程中要获取以下参数并进行计算。
（1）当安全气囊被完全点爆时（即气囊展开至最大程度），定义带转向机构位置及安全气囊展开的尺寸（特别是水平尺寸）。
（2）安全气囊受到点爆信号，气囊展开至最大程度所用的精确时间。
（3）转向轴与水平面夹角A。
（4）根据以上参数作图三，计算得出气囊触发点的位置。
（5）根据气囊触发点位置精确设置光电传感器位置。
L：气囊触发点到与人体模块碰撞点间的距离＝气囊从点爆到展开到最大的时间×发射假人的初速度
L1：气囊触发点至方向盘中心的距离（设定值）L1=L+L2+L3
L2：1/2Cushsion Diameter*SinA
L3：1/2Cushsion Thickness*CosA
A：转向轴的角度
图四 触发气囊
图五 气囊展开至最大
试验过程照片
控制发射，人体模块即以设置的初速度25km/h飞出，光电开关时触发气囊点爆，安全气囊开始打开，当安全气囊展开至最大程度时，人体模块气囊相吻合，然后气囊在其冲击下开始泄气，转向轴与转向盘之间的压力传感器记录作用在作用力。见图四、图五。
试验结果图形
按照GB11557/ECE R12法规要求进行带有气囊展开的转向机构对驾驶员伤害试验，图六为试验合成水平力原始数据图形，试验结果表明气囊展开能有效减少躯干受力情况。
图六
结论
越来越多的转向机构对驾驶员伤害的试验，要求在气囊展开的情况下按GB11557/ECE R12法规来进行测试。在冲击的过程中，准确点爆和匹配气囊，并用高速摄影来还原试验场景，是实现试验的最有效途径。